昼間側磁気圏境界面

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Transcript 昼間側磁気圏境界面

磁気リコネクション研究の新展開
2003/07/17
地球磁気圏における
磁気リコネクションの役割
長井嗣信
東京工業大学
Polar Cap Potential Drop 100 kV
Polar Cap > 75 degrees
L = 2 x 3.14 x 6371.2 x 30/360 = 3300 km
E = 100kV / 3300km = 30 mV/m
B = 60000 nT
V = E/B = 30 mV/m / 60000 nT = 500 m/s
T = 3300km / 500 m/s = 100 min
Vsw = 500 km/s
T = 100 Re/500 km/s = 20 min
Nishitani et al. JGR 2001
Plasma Convection in the Tail
Stationary vs Bursty
Paterson et al. JGR 1998
100 Re/10 km/s = 1000 min
Angelopoulos et al. 1999
Dungey モデル(J. W. Dungey, Phys. Rev. Lett., 6, 47, 1961)は
どれだけうまく働いているか?
Bx 4.3 nT
By 4.9 nT
Bz 2.6 nT
Bt 7.9 nT
Bh 7.1 nT
Inc 20度
地球磁気圏での磁気リコネクションの起きる場所
1.昼間側磁気圏境界面
10 Re
2.遠地球磁気圏尾部
100 Re
3.近地球磁気圏尾部
20-30 Re
1 Re = 6371.2 km
1. 昼間側磁気圏境界面
southward IMF Bz case
northward IMF Bz case
antiparallel merging
component merging
quasi-steady reconnection
flux transfer event (transient reconnection)
1. 昼間側磁気圏境界面
southward IMF Bz case
northward IMF Bz case
1. 昼間側磁気圏境界面
southward IMF Bz case
Time Delay 10 minutes
almost simultaneously
1. 昼間側磁気圏境界面
southward IMF Bz case
component merging
antiparallel merging
component merging
antiparallel merging
1. 昼間側磁気圏境界面
southward IMF Bz case
quasi-steady reconnection
flux transfer event (transient reconnection)
January 18, 1999
Spacecraft Observations
1977 ISEE-1, 2
1984 AMPTE/IRM
1992 Geotail
plasma flows
1996
Polar
electron distributions
zero magnetic field
2000
Cluster
Spacecraft Observations
1977 ISEE-1, 2
1984 AMPTE/IRM
1992 Geotail
plasma flows
Spacecraft Observations
Polar
解決すべき問題
昼間側磁気圏境界面
1.IMF Bzが南を向くだけで磁気リコネクションは起きるか?
2.磁気リコネクションは継続して起きているのか?
3.磁気リコネクションは十分に、
energy, mass, and momentumを輸送しているか?
4.どのタイプの磁気リコネクションがどれだけの役割を
担っているか?
5.磁気圏シースの磁場変動の影響はあるか?
解決を困難にしている要因
1.人工衛星が磁気リコネクションのその場にいられるか?
2.磁気リコネクションの領域の周辺条件
観測とシミュレーション
3.グローバルシミュレーションにおけるIMF Bxの取り扱い
新しい研究の方向
1.その場観測
Geotail/Cluster同時観測 低緯度と高緯度
Geotailによる低緯度観測
2.シミュレーション
何をやることが現実的なのか?
3.磁気リコネクションの物理の研究として
「最適な場」か?
次期磁気圏ミッション SCOPE
2.遠磁気圏尾部
ISEE-3 (1983)
Geotail(1992-1994) による観測
研究の新展開
観測の絶対的な不足
1.近地球磁気圏尾部
サブストームとの関連
1.近地球磁気圏尾部
どこで起きているか?
1970年代
18 Re
15 Re
1980年代
サブストームとの関連
未だ未解決
Vela
IMP
ISEE 1, 2 (apogee of 22.4 Re)
IRM
(apogee of 18.6 Re)
1990年代
20-30 Re Geotail
2000年代
Cluster (apogee of 19 Re)
No tailward flows
No tailward flows
Several events
1.近地球磁気圏尾部
サブストームとの関連
1970年代
-10 -20 -30 -40 -50 -60
Nishida and Nagayama 1973
1.近地球磁気圏尾部
サブストームとの関連
1970年代
OGO-5
VELA
Russell 1972
1.近地球磁気圏尾部
どこで起きているか?
1970年代
18 Re
15 Re
1980年代
サブストームとの関連
未だ未解決
Vela
IMP
ISEE 1, 2 (apogee of 22.4 Re)
IRM
(apogee of 18.6 Re)
1990年代
20-30 Re Geotail
2000年代
Cluster (apogee of 19 Re)
No tailward flows
No tailward flows
Several events
Geotail
何が位置をコントロールしているか?
solar wind conditions
plasma sheet composition
(solar cycle)
磁気リコネクションの条件を決めるものを
解明するための端緒
しかし、決定的結論はでるのか?
グローバルシミュレーションでは、
だいたい1つの場所で開始する
Geotail 1992 July -
Geotailにより 何がわかったか?
Geotail 以前
Plasma Flows がある
磁場Bzが南を向く
Geotail
磁気リコネクション?
MHD
スケール
Ion
スケール
の現象が見えてきた
Geotailで見えてきたIonスケールの現象
磁場とプラズマの構造
Hall効果
電子
4000 km/s
イオン 2500 km/s
Large negative Bz
Geotailにより 何がわかったか?
Geotail 以前
Plasma Flows がある
磁場Bzが南を向く
Geotail
磁気リコネクション?
Geotail 以後
MHD
スケール
Ion
スケール
の現象が見えてきた
電子スケールの現象
新しい研究の方向
1.その場観測
次期磁気圏観測衛星 SCOPE は
プラズマ(磁場)観測と軌道
2.シミュレーション
何をやることが現実的なのか?
観測との連携
決定打となりうる
なぜ近地球磁気圏尾部の磁気リコネクションの観測は
難しいか?
決定的な理由
1.完全なプラズマ観測はできていない
2.磁気リコネクションを観測する確率は小さい
副次的な理由
3.一点観測では3次元構造や他の領域との関連が
わからない
4.電場観測ができていない